塔式起重機定速巡航系統(tǒng)的設計

(湖南中聯(lián)重科智能技術有限公司 湖南 長沙 410205)

一、引言

隨著我國經(jīng)濟社會的飛速發(fā)展，高層、超高層建筑越來越多，而在建筑工地上承擔著運輸任務的塔式起重機(下文簡稱：塔機)也隨之越立越高，每次從地面將重物吊到施工作業(yè)面時，吊鉤需要經(jīng)歷幾百米的行程，通常需要耗費較長的時間，特別是當倍率較高、吊重較大的情況下，耗費的時間將會更長。在這種工況下，塔機司機需長時間將操作桿維持在相應檔位，長期如此，容易疲勞，嚴重時可產(chǎn)生手抽筋等情況，有發(fā)生危險的可能。觀察發(fā)現(xiàn)塔機司機在此情況下常用繩子綁住或用異物抵住操作桿，此屬違規(guī)操作，有嚴重的安全隱患。

鑒于現(xiàn)狀，筆者團隊設計了一種塔機定速巡航系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于現(xiàn)有的塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)，配合PLC可編程控制器，實現(xiàn)定速巡航功能。塔機定速巡航功能可以在檔位穩(wěn)定后，按下定速巡航開關，然后松開操作桿，讓塔機按照當前檔位自動工作，從而減小塔機司機的工作量，避免危險發(fā)生。

二、定速巡航系統(tǒng)構成

本文設計的定速巡航功能嵌入已有的塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)中，主要增加系統(tǒng)中通訊協(xié)議數(shù)據(jù)和軟件開發(fā)，未增加硬件成本。整體系統(tǒng)包括塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)主機、聯(lián)動臺、PLC可編程控制器、變頻器、以及幅度、高度、回轉、重量、風速等傳感器。

其中塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)主機帶有顯示屏和按鍵，可實現(xiàn)人機交互。塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)主機可通過幅度、高度、回轉、重量、風速等傳感器獲得塔機狀態(tài)信息，監(jiān)控塔機運行狀態(tài)，能在塔機朝危險方向運行時產(chǎn)生報警和限位信息。

而PLC可編程控制器可獲得聯(lián)動臺檔位，并將檔位信息通過RS485接口發(fā)送給塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)，同時接收塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送過來的執(zhí)行檔位信息，按照執(zhí)行檔位控制變頻器輸出檔位。

定速巡航控制器嵌入在塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)主機中，可通過顯示屏和按鍵操作定速巡航開始與結束，設定定速巡航檔位。定速巡航模塊可以獲得塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)主機的限位信息，從而在定速巡航過程中，保證塔機運行安全。

5.定速巡航過程中監(jiān)控塔機整體運行狀態(tài)，確保塔機安全運行。

三、工作流程：

(一)系統(tǒng)工作流程

患者家屬應幫助患者做好日常生活的管理工作，如幫助其形成一個良好的生活習慣和方式，陪同患者進行適當?shù)倪\動鍛煉，幫助患者設計每日食譜、制作食物等，總以低熱量、優(yōu)質蛋白、富含維生素及纖維素的食物為主[2]，避免攝入含糖量高的食物而導致血糖的升高。

2.定速巡航開啟條件判斷，只有在滿足開啟條件時才啟動定速巡航。

圖1 工作流程圖

(二)定速巡航控制器工作流程

定速巡航控制器工作流程中幾個重要點說明如下：

6.定速巡航退出，退出定速巡航后，塔機開始按聯(lián)動臺檔位運行。

在平頭塔和垂頭塔上，定速巡航控制器可同時控制幅度、高度、回轉三個電機。但在實際應用中最多的場景是，幅度和回轉暫時保持不變，只對高度起升或下降做巡航，即變幅和回轉電機檔位為0，起升電機檔位設定某固定值(如III檔上升)。

2.歸納整理，產(chǎn)生矛盾。調查后，出現(xiàn)了很多加數(shù)是相同的加法算式，比較極端的算式，比如9個2相加，8個4……，學生發(fā)現(xiàn)問題，算式太麻煩。引入乘法的時機到了，通過已學與現(xiàn)實產(chǎn)生矛盾，提示學生，解決此類問題，我們需要有另一種算式來代表這樣的加法算式。

3.設定的檔位在當前吊重下是否安全可行，若不符合安全檔位要求，則降檔到安全檔位運行定速巡航。

1.設定開啟條件：定速巡航必須在塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)不報警的情況下才能啟動，吊鉤離起重臂距離較近時只能起升定速巡航向下，吊鉤離地面較近時只能定速巡航向上，變幅和回轉也類似，風速預報警、超力矩、超重量時禁用定速巡航；高負載運行時，定速巡航檔位限制在低檔；塔機處于頂升狀態(tài)及安全監(jiān)控系統(tǒng)失效時禁用定速巡航。

4.定速巡航成功開啟后，塔機司機的手可離開檔位操作手柄，聯(lián)動臺檔位自動歸零，塔機會按照固定檔位自動運行。

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1.定速巡航檔位設定和功能開啟，有兩種方式：一種是將聯(lián)動臺檔位調節(jié)到希望定速巡航的檔位并保持，點擊主機屏幕上定速巡航開始按鈕，則觸發(fā)定速巡航開啟；另一方式是確保聯(lián)動臺檔位歸零的情況下，在主機屏幕上設置定速巡航檔位信息，并點擊定速巡航開始按鈕，則觸發(fā)定速巡航開啟。

四、安全控制

安全性是工程機械設備首要考慮的，本系統(tǒng)從以下幾個方面進行定速巡航過程安全控制：

系統(tǒng)工作流程圖如圖1所示，定速巡航控制器可直接利用塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)主機已獲取的塔機靜態(tài)參數(shù)(如：塔高，臂長)和動態(tài)參數(shù)(吊鉤高度、幅度、回轉、風速等)，及塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)處理的限位輸出；通過PLC獲得聯(lián)動臺檔位信息。定速巡航控制器根據(jù)獲取的塔機當前狀態(tài)，分析處理后，輸出執(zhí)行檔位信息到執(zhí)行機構PLC，PLC根據(jù)檔位信息控制各電機輸出，從而控制塔機動作。

A Preliminary Study on the Function of Student Societies in Higher Vocational Colleges______________________________LI Guihuan 93

2.電子限位：主要通過軟件分析后輸出變幅、起升、回轉電機的檔位，控制吊鉤運行的速度。

3.機械限位：機械限位是在結構上強制阻止吊鉤的過度運動，以防電子設備失靈情況下吊鉤吊物過度運動碰撞塔身，塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)已配置機械限位器。

4.強制退出：除以上提出的電子限位停止和機械限位需強制退出巡航，還有以下幾種情況需強制退出：吊重值發(fā)生改變，進入頂升模式，塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)失效，電控柜斷電、系統(tǒng)重啟，塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)限位。

5.報、預警提示：塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)具備語音提示，屏上圖標提示及聲光告等多種報警、提示方式。在原報警、提示上增加巡航相關內容。如：在巡航開啟時語音提示是否開啟成功；成功開啟后屏上主界面固定位置顯示巡航圖標和當前巡航檔位，每一分鐘語音提示一次“正在定速巡航模式”；當電子限位達到減速檔值時，語音提示“請退出定速巡航”，屏上相關圖標和提示變?yōu)辄S色，聲光報警器以長周期預警。

（2）采購階段。該階段包含智慧物流園區(qū)設備采購、信息化服務采購以及安裝施工等工作安排。在采購環(huán)節(jié)囊括了絕大部分分包招標、合同簽署、分包合同執(zhí)行等事務工作，智慧物流園區(qū)涉及的采購資材和服務，包括數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)軟件、人工智能化設備、人機交互系統(tǒng)、可視化系統(tǒng)、云服務等，要求相比普通的物流園區(qū)技術含量更高，要求更為復雜。

五、結束語

筆者以工作中觀察到的實際需求出發(fā)，借鑒汽車行業(yè)的定速巡航理念，在原有的塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)平臺上，不增加硬件成本，設計出塔機定速巡航功能。此功能在塔高60米以上的塔機起升和下降工作時有很強的實用性。基于現(xiàn)有塔機安全監(jiān)控系統(tǒng)的定速巡航功能，本文重點在于保障定速巡航運行過程的安全性，固本設計每一處都重點考慮實際操作性、安全性及可靠性。